Un’interfaccia cervello-computer per comporre musica con il pensiero

Quello delle interfacce neurali è un tema sempre più caldo nell’ambito della ricerca scientifica: frequentemente si sente parlare di interfacce cervello-computer come una nuova frontiera per le applicazioni mediche e per il potenziamento umano, che riveste soprattutto una particolare importanza nel campo delle tecnologie assistive per soggetti diversamente abili. Un’interfaccia cervello-computer (BCI), difatti, non è altro che uno strumento che consente ad un utente di interagire e comunicare con l’ambiente circostante senza la necessità di alcun controllo muscolare volontario. Proprio per questo le BCI spesso vengono utilizzate come dispositivi di assistenza per le persone che soffrono di gravi disabilità, cioè che non possono comunicare attraverso i canali normalmente disponibili a causa di danni cerebrali, lesioni del midollo spinale o degenerazioni neuromotorie.

Per decenni, i ricercatori hanno sperimentato interfacce uomo-macchina per dare alle persone con gravi disabilità il potere di comunicare usando solo la mente. In particolare negli ultimi anni la tecnologia relativa alla BCI ha subito un notevole sviluppo, consentendo alle persone diversamente abili di scrivere messaggi, inviare e-mail, navigare in Internet, controllare una smart home e persino pilotare una sedia a rotelle motorizzata. Ma gli obiettivi degli scienziati sono sempre più alti: partendo dalla comunicazione semplice intesa come trasmissione di informazioni finalizzata allo svolgimento di normali attività quotidiane, gli scienziati puntano sempre di più a realizzare degli algoritmi attraverso i quali tali soggetti possano esprimere la propria creatività.

Consideriamo un soggetto affetto da una malattia neurodegenerativa come la SLA: questo sarà imprigionato in una condizione in cui sarà ancora in grado di pensare, sognare, percepire emozioni, ma non sarà in grado di esprimerle. Già nel 2010, un gruppo di ricerca in Germania ha utilizzato la BCI per testare il primo brain painting di persone con la SLA, sbloccando la creatività di persone affette da paralisi. Nell’ultimo anno è poi arrivata una novità importante in grado di ampliare il potenziale artistico della tecnologia BCI: un team di ingegneri neurali in Austria ha, infatti, progettato una speciale interfaccia che permette ai soggetti paralizzati affetti da SLA di comporre musica, utilizzando unicamente la forza del pensiero. Si tratta del primo programma di composizione musicale controllato esclusivamente dal cervello.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Plos One, è stato condotto da un team di scienziati guidati da Gernot Müeller-Putz, responsabile dell’Istituto di Ingegneria Neurale dell’Università di Graz in Austria. Gli scienziati hanno progettato il sistema Brain Composing, costituito da un sistema di acquisizione EEG, un software di controllo P300 e un software per comporre musica, ricorrendo ad un metodo BCI che sfrutta il segnale P300 prodotto dal cervello sulla base di stimoli visivi. Il team ha adattato il modello del segnale P300, molto conosciuto in questo campo e già utilizzato per diverse applicazioni di interfaccia cervello-computer (come i controllori ambientali, i browser web o gli algoritmi per dipingere con la mente), alla composizione della musica.Grazie ad sistema di acquisizione del biosegnale senza gel, il team ha prelevato il segnale che è stato poi elaborato grazie ad un sistema di controllo universale con interfaccia cervello-computer basato sul P300, collegato a un potente software di composizione musicale open-source, MuseScore 1.3.

I ricercatori hanno studiato l’efficienza, l’efficacia e i criteri soggettivi in termini di soddisfazione, divertimento, frustrazione e attrattiva, valutando i risultati ottenuti da un gruppo di diciassette partecipanti tutti capaci di suonare uno strumento e un compositore professionista. I partecipanti hanno ricevuto un’istruzione per il corretto utilizzo dell’applicazione al fine di svolgere attività di copiatura di scrittura,copiatura di composizione e composizione libera con il sistema, “pensando” le melodie su una partitura musicale.

I risultati ottenuti mostrano una media di precisione alta: 88,24 % (copiatura di scrittura), 88,58 % (copiatura di composizione) e 76,51 % (composizione libera). Il compositore professionista li ha superati: 100 % (copiatura di scrittura), 93,62 % (copiatura di composizione) e 98,20 % (composizione libera). La valutazione soggettiva dei criteri ha rivelato che gli utenti erano altamente soddisfatti dell’applicazione.

Lo studio costituisce il primo passo verso un sistema di composizione come strumento di intrattenimento e, soprattutto, di espressione per persone con disabilità gravi.
L’obiettivo a lungo termine, come sostiene Müeller-Putz, è quello di passare da un’interfaccia basata su laptop a una più piccola in modo tale da poter essere supportata da uno smartphone: il modo migliore per fare entrare nelle case dei musicisti un sistema che permetta di condividere le loro creazioni musicali con il mondo.